一种三维感应测井数据实时处理方法
【专利摘要】本发明涉及三维感应测井资料实时处理方法，其特征在于，具有如下步骤：（a）利用三维感应测井仪器进行测井，得到三维感应测井数据；（b）根据所述三维感应测井数据求取井眼倾角以及地层水平电导率；（c）根据所述地层水平电导率求取地层垂直电导率。根据本发明的方法，能够精度很好地得到地层的水平电导率和垂直电导率的值，能够准确地确定砂-泥岩薄交互层，避免在测井中将这种薄交互油储层误认为是高含水饱和度层而漏掉。
【专利说明】
一种三维感应测井数据实时处理方法
技术领域
[0001] 本发明涉及石油测井领域中的测井数据的处理方法，特别涉及一种三维感应测井 数据实时处理方法。
【背景技术】
[0002] 测井，也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电 特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方 法之一。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种 石油地质以及工程技术资料，即油层深度、厚度等信息，作为完井和开发油田的原始资料。 这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的第二次测井，习惯上称为生 产测井或开发测井，这是为了判断测量套管固井质量，随后需要进行射孔，即用专门的射孔 枪将套管和水泥环部分射开，使井筒与地层联通，达到油气流入井筒的目的，然后，将油气 通过井筒送到地面。
[0003] 据估计，在世界上大约有30%的油气储存于砂-泥岩薄交互层中，这种薄交互储 层可等效为宏观的单轴各向异性地层(或者，称为横向各向同性地层，简记为TI地层)，探测 和识别这类地层对于油气资源的开发有重要意义和现实需要。此外，对于现有的轴向型感 应测井仪器来说，由于纵向分辨率还不够高，所以，在测井中往往将这种薄交互油储层误认 为是高含水饱和度层而漏掉，三维感应测井正是在这种背景下提出的。三维感应测井仪器 是由三个彼此垂直的发射线圈和与之平行的三个接收线圈组成的，能够探测到地层的水平 电导率和垂直电导率信息，进而，可以从三维角度识别地层特性，对薄储层、复杂储层的探 测具有先天的优势。
[0004] 此外，三维感应测井响应与地层的水平电导率、垂直电导率以及井眼倾角同时有 关，并且，非线性严重，加上邻层对不同分量测井曲线的影响又不一样，这些都增加了数据 处理解释的困难程度。目前，对于三维感应测井数据处理来说，除了多频聚焦方法(MFF) 和多参数非线性迭代反演方法之外，对实时处理三维感应测井数据的方法的工作研究得很 少，国外yuliming等对大斜度井和水平井实时处理进行了研究。但是，在上述方法中存在 如下问题，即，需要预先给定井眼倾角，然后求取水平电导率和垂直电导率。
【发明内容】
[0005] 本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种层状地层中倾斜井测 井响应实时处理方法，在不需要预先给出井眼倾角的情况下就能够得到地层的水平电导率 和垂直电导率，并且，本发明的三维感应测井数据实时处理方法能够处理井眼倾角固定的 地层，也能够处理井眼倾角变化的地层。
[0006] 本发明提供一种三维感应测井资料实时处理方法，其特征在于，具有如下步骤： (a) 利用三维感应测井仪器进行测井，得到三维感应测井数据； (b) 根据所述三维感应测井数据求取井眼倾角以及地层水平电导率；以及 (C)根据所述地层水平电导率求取地层垂直电导率。
[0007] 此外，在本发明的三维感应测井资料实时处理方法中，在所述步骤（a)中 所得到的三维感应测井数据是所述三维感应测井仪器的接收线圈系上的磁场分量 .
，对所述三维感应测井数据进行补偿而将所述私,变换为以如 下公式表示的
其中，Q是所述三维感应测井仪器的发射线圈和接收线圈之间的距离，L2是所述三维 感应测井仪器的发射线圈和屏蔽线圈之间的距离，Ηιη和H1]2分别是所述接收线圈和所述屏 蔽线圈产生的磁场， 将所述if规格化为以如下公式表示的电导率量纲的量::《!，
其中，为线圈糸磁场的虚部，心为线圈系仪器系数。
[0008] 此外，在本发明的三维感应测井资料实时处理方法中，在所述步骤（b)中，构造 两条与垂直电导率::￡^无关而仅与水平电导率〗@|和井眼倾角σ有关的组合曲线·?和
给定井眼倾角σ的一个估计值，，利用趋肤效应校正后得到览'€'<^和^￡0\,，令 参数^在真值附近连续取值，_i?%5和職的交点就是井眼斜角和水平电导率的真 值。
[0009] 此外，在本发明的三维感应测井资料实时处理方法中，在所述步骤（C)中，利用交 叉分量构造的组合曲线:+???求取垂直电导率。
[0010] 如上述那样，根据本发明的三维感应测井数据实时处理方法，在不需要预先得知 井眼倾角的情况下，就能够简单地得到地层的水平电导率以及垂直电导率，并且能够同时 得到油井的井眼倾角。因此，由于利用本发明的方法能够精度很好地得到地层的水平电导 率和垂直电导率的值，所以，能够准确地确定砂-泥岩薄交互层，避免在测井中将这种薄交 互油储层误认为是高含水饱和度层而漏掉，这在测井中具有重要意义。
【附图说明】
[0011] 图1是示出三维感应测井仪器的线圈系结构的图。
[0012] 图2A是测井响应主分量（XX/YY/ZZ)的模拟曲线。
[0013] 图2B是测井响应交叉分量（XZ/ ZX)及其响应和的模拟曲线。
[0014] 图3是经趋肤效应校正后的组合量SEC σ HA和SEC 〇 HC的响应模拟曲线。
[0015] 图4是组合量SEC σ HA和SEC σ HC的α~〇 h二维交会图。
[0016] 图5A是井眼倾角为60度时测井响应实时处理结果。
[0017] 图5B是井眼倾角为30度时测井响应实时处理结果。
[0018] 图5C是井眼倾角为80度时测井响应实时处理结果。
[0019] 图6是不同角度扫描范围情况下井眼倾角实时处理结果。
[0020] 图7A是井眼倾角的搜索范围为（40~80度）的情况下加噪声和没加噪声时求取 的地层水平电导率和垂直电导率曲线。
[0021] 图7B是井眼倾角的搜索范围为（50~70度）的情况下加噪声和没加噪声时求取 的地层水平电导率和垂直电导率曲线。
[0022] 图8A是井眼倾角的搜索范围为（10~50度)、（20~40度）并且给定真值30度 的情况下加噪声和没加噪声时求取的井眼倾角曲线。
[0023] 图8B是井眼倾角的搜索范围为（10~50度)、（20~40度）并且给定真值30度 时加噪声和没加噪声情况下求取的地层水平电导率和垂直电导率曲线。
[0024] 图9A是井眼倾角的搜索范围为（60~88度）以及给定真值80度时加噪声和没加 噪声情况下求取的井眼倾角曲线。
[0025] 图9B是井眼倾角的搜索范围为（60~88度）以及给定真值80度时加噪声和没加 噪声情况下求取的地层水平电导率和垂直电导率曲线。
[0026] 图10A和图10B是用于说明地层坐标系、井眼坐标系以及仪器坐标系这三个坐标 系的关系的图。
【具体实施方式】
[0027] 以下，参照附图详细地对本发明进行说明。
[0028] 在此，首先对三维感应测井仪器的概要结构进行说明。图1是示出三维感应测井 仪器的线圈系结构的图。如图1所示，三维感应测井仪器的线圈系结构由三个中心共点并 且彼此垂直的发射线圈:、霉::、:5、分别与发射线隱:觀、:_,、:_.平行的三个 、％、:(源距为矣: > 以及三个屏蔽线圈: 够抵消发射线圈在接收线圈中产生的直接耦信号，并且，屏蔽线圈的绕线方向与接收线圈 的绕线方向相反。
[0029] 当发射线圈系向周围发射正弦交流电时，能够同时测量接收线圈系上的九个磁场 分量
其中，H胃表示由^方向发射且X方向接收产生的磁场强 度，其它分量定义依此类推。
[0030] 此外，为了考察倾斜井中的三维感应测井响应，需要引入三个坐标系，g卩，它 们分别是地层坐标系(介质主轴坐标系)、井眼坐标系和仪器坐标 系。在图10A和图10B中示出了地层坐标系參一、井眼坐标系 、仪器坐标系之间的关系。此外，地层坐标系、井眼坐标系以及 仪器坐标系这三个坐标系下的磁场张量满足如下的式（1)所示的旋转变换规则，
在上述式（1)、（2)中，α是仪器轴与地层法向分量之间的夹角（参见图10A)，即，井眼 倾角，f是仪器绕自身旋转的方位角（参见图10B )，即，仪器方位角。
[0031] 此外，在本申请发明中，在经过补偿后，接收线圈系所测量到的磁场强度可用 下述的式（3)表示，
其中，1^是发射线圈和接收线圈之间的距离，"是发射线圈和屏蔽线圈之间的距离，Ηιη 和H1]2分别是接收线圈和屏蔽线圈产生的磁场，并且Ηιη和H1]2能够由给定的电流和线圈参 数计算得出。
[0032] 此外，在本申请发明中，为了便于测井响应与地层电参数之间的比较，将感应测井 响应规格化为电导率量纲的测量量记为如下的式（4)，
其中/1???为线圈系磁场的虚部，％为线圈系仪器系数，
在上述的式（5)中，ω是发射线圈的角频率，μ。是空气的磁导率。
[0033] 此外，由上述的式（1)知，在一般情况下，倾斜井中的三维感应测井响应的9个分 量都不为零，并且，除了轴向分量之外，其余的分量都是仪器方位角的函数。目前，普遍采取 如下的方法，即，首先，使感应测井仪器在井中移动，从而测得测井数据，根据所测得的测井 数据得到9条响应曲线（即，仪器坐标系下的响应曲线)，根据上述的式（1)将所得到的9条 响应曲线变换成井眼坐标系（即，仪器方位角为零）中的5条不为零的测井曲线，然后，进行 资料处理。
[0034] 以下，对逐点实时处理方法的原理进行说明。所谓逐点实时处理就是测井仪器在 测井过程中，每测量一个点，就求出这个点的地层参数(例如，井眼倾角、地层的水平电导率 以及垂直电导率等)。三维感应测井数据逐点实时处理的流程如下，即，取得三维感应测井 数据一求取井眼倾角一求取地层水平电导率一求取地层垂直电导率。
[0035] 针对每一个测量点，构造两条与垂直电导率你|无关而仅与水平电导率_和井 眼倾角σ有关的组合曲i:，形式类似·&，即， .....'
. …
，其中
此外，经过趋肤效应校正后:和 能够很好重建每层的水平电导率1%:。即，在进行趋肤校正之后，水平电导率就用 代替。
[0036] 首先，预先给定一个参数是井眼倾角的估计值，从而能够计算出组合量 __:和__，再经过趋肤效应校正得到遂孩^:和。然后，令参数，在真值附近 连续取值，即，的取值范围满足
_的交点在 均匀介质中对应着井眼斜角和水平电导率的真倡
> 在得到井眼倾角和水平 电导_
L后，再利用交叉分量构造的组合曲结
I取垂直电导率。 选取XZ+ZX的原因曲线在层内变得平缓，受邻层影响较小。也就是说，在此处 不限于上述方式求取地层的垂直电导率，也可以利用其他方式来求出地层的垂直电导率。
[0037] 以下，以17层各向异性TI地层为例，对实时处理的原理进行说明。在图2A和图 2B中示出各向异性地层模型的测井响应数值模拟曲线，其中，图2六是 〇xx、〇YY、〇zz分量 的响应曲线，图2B是σζχ、σ χζ、（ σχζ+ σ zx)的响应曲线，此外，在图2A和图2B中，横轴 是垂直测量深度，纵轴是测井响应数据（即σ^)。此处，井眼倾角σ = 60°，并且，设定仪 器沿测量深度的测量间隔是〇. lm (即，每两个测量点之间的距离是0. lm)，仪器发射频率为 #=25kHz，主接收线圈源距4 = 30i/?，屏蔽线圈源距4 = 20. 5i/?。从图2B中能够看出， 与_^和:_曲线相比，曲线在层内变平缓了，其受邻层影响较小，因此，在本发 明中优选应用曲线来求取地层的垂直电导率。
[0038] 此外，在图3中示出了利用图2A和图2B中的测井响应来构造组合量_和^%:丨 并且经过趋肤效应校正后得到的组合曲线，从图3中能够看出 和?0^；都能很好地重建每层的水平电导率也就是说，它们的值和地层的水平电导 率的真值都很接近。
[0039] 此外，对每一个测量点，令井眼倾角的变化范围为￡? 做组合量 編和:的餘#:?二维交会图，求其共同解。图4是组合量SEC σ HA和SEC σ HC 的α~〇h二维交会图。如图4所示，当σ取真值时，在均匀介质中经趋肤效应校正后有 赃:疗汝4??. .。
[0040] 此外，在各向异性TI地层中，当水平电导率和井眼倾角被确定之后，对垂直电导 率的求解在均匀地层中是单参数问题，可选择受邻层影响较小的响应组合量:?%?来求 垂直电导率，这样效果较好。
[0041] 〈实时处理算例测试与分析〉 各向异性地层模型如图2A和图2B所示，仪器参数同上，考虑到实际测量情况，测井响 应加5%随机噪声。以下，测试分析不改变井眼倾角情况下和改变井眼倾角范围等情况下的 实时处理结果，图中的psh和psv为不考虑噪声影响的处理结果，pshN和psvN为考虑5%随 机噪声影响的处理结果。
[0042](不改变井眼倾角的情况） 图5A是井眼倾角为60度时测井响应实时处理结果（当井眼倾角为60度时，水平电导 率和垂直电导率的扫描结果的图），图5B是井眼倾角为30度时测井响应实时处理结果（当 井眼倾角为30度时，水平电导率和垂直电导率的扫描结果的图)，图5C是井眼倾角为80度 时测井响应实时处理结果（当井眼倾角为80度时，水平电导率和垂直电导率的扫描结果的 图)，在图5A、图5B、图5C中，横轴是垂直测量深度，纵轴是电导率值。
[0043] 从图5A、图5B、图5C中能够看出，本发明的实时处理方法能够适于任意的井眼倾 角（例如，小角度30、中间角度60、大角度80都能够应用)，在不考虑噪声的情况下，实时处 理结果精度非常高。此外，即使考虑随机噪声，实时处理结果与水平电导率和垂直电导率地 层曲线也吻合得也很好(即，求取的水平电导率和垂直电导率与真电导率吻合得很好)。 [0044](改变井眼倾角的情况） 当井眼倾角为6〇度时，设定井眼倾角的变化范围为爆和:釋资;。图6 是不同角度扫描范围的情况下井眼倾角实时处理结果。井眼倾角实时处理结果见图6,由图 6可看出，角度扫描范围越小，结果越精确，但是增加井眼倾角范围，对角度扫描结果影响不 大。
[0045] 此外，图7A是井眼倾角的搜索范围为（40~80度)的情况下加噪声和没加噪声时 求取的地层水平电导率和垂直电导率曲线。图7B是井眼倾角的搜索范围为（50~70度） 的情况下加噪声和没加噪声时求取的地层水平电导率和垂直电导率曲线。从图7A、图7B中 能够看出，在井眼倾角的搜索范围为（40~80度）以及（50~70度）的情况下，所求取的地 层水平电导率和垂直电导率都非常接近地层的水平电导率和垂直电导率的真值。
[0046] 此外，图8A是井眼倾角的搜索范围为（10~50度)、（20~40度）并且给定井眼 倾角的真值为30度的情况下加噪声和没加噪声时求取的井眼倾角曲线。图8B是井眼倾角 的搜索范围为（10~50度)、（20~40度）以及给定井眼倾角的真值为30度时加噪声和没 加噪声情况下求取的地层水平电导率和垂直电导率曲线。从图8A、图8B中能够看出，角度 扫描范围越小(例如，20~40度)，结果越精确，但是增加井眼倾角范围(例如，10~50度)， 对角度扫描结果影响并不大，此外，所求取的地层水平电导率和垂直电导率都非常接近地 层的水平电导率和垂直电导率的真值。
[0047] 此外，图9A是井眼倾角的搜索范围为（60~88度)以及给定井眼倾角的真值为80 度时加噪声和没加噪声情况下求取的井眼倾角曲线。图9B是井眼倾角的搜索范围为（60~ 88度）以及给定眼倾角的真值80度时加噪声和没加噪声情况下求取的地层水平电导率和 垂直电导率曲线。从图9A、图9B中能够看出，即使考虑随机噪声，所求取的地层水平电导率 和垂直电导率都非常接近地层的水平电导率和垂直电导率的真值。
[0048] 如上所述，对本发明的三维感应测井数据实时处理方法进行了说明。根据本发明 的方法，在不需要预先给出井眼倾角的情况下就能够得到地层的水平电导率和垂直电导 率，并且能够同时得到油井的井眼倾角。因此，由于利用本发明的方法能够精度很好地得到 地层的水平电导率和垂直电导率的值，所以，能够准确地确定砂-泥岩薄交互层，避免在测 井中将这种薄交互油储层误认为是高含水饱和度层而漏掉。
[0049] 以上对本发明进行了说明，但是本发明并不限于此，应该理解为在本发明的技术 思想内进行的各种变更等都在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种三维感应测井数据实时处理方法，其特征在于，具有如下步骤： (a) 利用三维感应测井仪器进行测井，得到三维感应测井数据； (b) 根据所述三维感应测井数据求取井眼倾角以及地层水平电导率；以及 (c) 根据所述地层水平电导率求取地层垂直电导率。2. 如权利要求1所述的三维感应测井数据实时处理方法，其特征在于， 在所述步骤（a)中所得到的三维感应测井数据是所述三维感应测井仪器的接收线圈系 上的磁场分量，对所述三维感应测井数据进行补偿而将所述氐， 变换为以如下公式表示的#其中，Q是所述三维感应测井仪器的发射线圈和接收线圈之间的距离，L2是所述三维 感应测井仪器的发射线圈和屏蔽线圈之间的距离，Ηιη和H1]2分别是所述接收线圈和所述屏 蔽线圈产生的磁场， 将所述::!?规格化为以如下公式表示的电导率量纲的量：:_，其中，为线圈系磁场的虚部为线圈系仪器系数。3. 如权利要求2所述的三维感应测井数据实时处理方法，其特征在于， 在所述步骤（b)中，构造两条与垂直电导率5?无关而仅与水平电导率_和井眼倾角 ^有关的组合曲线Γ，其中，给定井眼倾角σ的一个估计值，，利用趋肤效应校正后得到和:丨_%_ ，令参数^在真值附近连续取值，和$1???的交点就是井眼斜角和水平电导 率的真值。4. 如权利要求3所述的三维感应测井数据实时处理方法，其特征在于， 在所述步骤（c)中，利用交叉分量构造的组合曲自R取垂直电导率。
【文档编号】E21B47/022GK105863614SQ201510068321
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年2月10日
【发明人】张国艳, 梁小兵, 洪德成
【申请人】中国石油集团长城钻探工程有限公司, 中油测井技术服务有限责任公司